(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-01-25
(45)【発行日】2024-02-02
(54)【発明の名称】体外血液ポンプのためのモータ、体外血液ポンプ、および体外血液ポンプシステム
(51)【国際特許分類】
A61M 60/117 20210101AFI20240126BHJP
A61M 60/232 20210101ALI20240126BHJP
A61M 60/38 20210101ALI20240126BHJP
A61M 60/416 20210101ALI20240126BHJP
A61M 60/508 20210101ALI20240126BHJP
A61M 60/845 20210101ALI20240126BHJP
A61M 60/585 20210101ALI20240126BHJP
【FI】
A61M60/117
A61M60/232
A61M60/38
A61M60/416
A61M60/508
A61M60/845
A61M60/585
(21)【出願番号】P 2022525041
(86)(22)【出願日】2019-12-17
(86)【国際出願番号】 CN2019125819
(87)【国際公開番号】W WO2021097973
(87)【国際公開日】2021-05-27
【審査請求日】2022-06-27
(31)【優先権主張番号】201911124056.7
(32)【優先日】2019-11-18
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(73)【特許権者】
【識別番号】521282136
【氏名又は名称】マグアシスト インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】MAGASSIST, INC.
【住所又は居所原語表記】Room 311-312, Building 2, No. 8, Jinfeng Road, Snd, Suzhou, Jiangsu, China
(74)【代理人】
【識別番号】110002952
【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】ローガン トーマス ジョージ
(72)【発明者】
【氏名】クリフトン ピーター コルトン ジェームズ
(72)【発明者】
【氏名】ウェイ ボー
(72)【発明者】
【氏名】イエン イファン
【審査官】白土 博之
(56)【参考文献】
【文献】特開2009-082695(JP,A)
【文献】国際公開第2019/063593(WO,A1)
【文献】特開2005-143632(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2018/0243490(US,A1)
【文献】特表2002-536582(JP,A)
【文献】国際公開第2012/132850(WO,A1)
【文献】特許第4484320(JP,B2)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
A61M 1/00-99/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
体外血液ポンプのためのモータであって、
ハウジングと、
前記ハウジング内に配置され、前記体外血液ポンプのポンプヘッド内のインペラを駆動するために使用されるアクチュエータと、
前記ハウジング内に配置される少なくとも1つのセンサと、
前記ハウジング内に配置され、前記モータの動作を制御するために使用されるモータ駆動制御アセンブリと、
を備
え、
前記モータ駆動制御アセンブリは、回路基板に一体化されており、前記回路基板は、少なくとも2つの剛体部と、前記少なくとも2つの剛体部を接続するための接続要素とを含み、前記接続要素は、前記回路基板に様々な構成を与えるために、適切な角度で前記少なくとも2つの剛体部を接続することが可能であり、
前記少なくとも2つの剛体部の各々の剛体部が前記モータ駆動制御アセンブリの駆動制御機能の一部のみを果たすように使用されるように、前記モータ駆動制御アセンブリの構成要素は、前記少なくとも2つの剛体部の異なる剛体部上にそれぞれ配置される複数のグループに分けられる、
体外血液ポンプのためのモータ。
【請求項2】
前記モータ駆動制御アセンブリは、センサ相互作用回路とモータコントローラとを備え、前記センサ相互作用回路は、前記センサから感知信号を受信して前記モータコントローラに前記感知信号を送信し、前記モータコントローラは、受信した前記感知信号に基づいて前記アクチュエータに対応する制御信号を送信し、
前記モータ駆動制御アセンブリは、前記モータコントローラからの制御信号を増幅し、増幅された前記制御信号を前記アクチュエータに送信する増幅器をさらに含む、
請求項1に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
【請求項3】
前記モータは、前記ハウジングに一体化されたバックアップ電源をさらに含み、前記バックアップ電源は、外部電源の故障時に前記モータの正常動作を維持するために前記モータ駆動制御アセンブリおよび前記アクチュエータに電力を供給する、
請求項1に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
【請求項4】
前記接続要素は、前記少なくとも2つの剛体部の間で信号および/または電力を送信するためのフレキシブル回路基板として構成される、または、前記少なくとも2つの剛体部の間で信号および/または電力を送信するための接続プラグとして構成される、または、前記モータ駆動制御アセンブリの駆動制御機能の一部を実行するためのフレキシブル回路基板として構成される、
請求項
1に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
【請求項5】
前記少なくとも2つの剛体部の各々
の剛体部は、剛体回路基板層と拡張されたフレキシブル回路基板層とを含み、前記剛体回路基板層は前記フレキシブル回路基板層の少なくとも一方の側に配置され、前記フレキシブル回路基板層は前記接続要素を介して互いに接続され、
前記拡張されたフレキシブル回路基板層は、信号および/または電力の送信に使用され、前記剛体回路基板層は、前記モータ駆動制御アセンブリの駆動制御機能の一部を実行するために使用される、
請求項
1に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
【請求項6】
前記回路基板は、剛体回路基板層と拡張されたフレキシブル回路基板層とを含み、前記剛体回路基板層は、前記拡張されたフレキシブル回路基板層の少なくとも一方の側に配置され、前記フレキシブル回路基板層によって前記回路基板を曲げたり折ったりできるように互いに分離した2以上の剛体部を含み、
前記拡張されたフレキシブル回路基板層は、信号および/または電力の送信に使用され、前記剛体回路基板層は、前記モータ駆動制御アセンブリの駆動制御機能を実行するために使用される、
請求項
1に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
【請求項7】
前記回路基板は、一般的なU字形状、または長方形、円形、半円形、または不定形な形状で、前記アクチュエータの周囲に垂直または水平に配置される、または、前記回路基板は、前記アクチュエータの一方の側に平らに積層している、
請求項
1に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
【請求項8】
前記モータ駆動制御アセンブリは、トランジスタおよび/または電力集積回路を含み、前記トランジスタおよび/または電力集積回路は、前記回路基板に搭載され、
前記トランジスタおよび/または電力集積回路からの熱がハウジングを通して放散されることが可能であるように、前記トランジスタおよび/または電力集積回路は、前記ハウジングに接触している、または、前記トランジスタおよび/または電力集積回路からの熱が前記回路基板および前記ハウジングに形成された熱路を通して放散されるように、前記回路基板は、ハウジングに接触している、
請求項
1に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
【請求項9】
前記ハウジングの外側には、放熱強化構造が設けられ、前記放熱強化構造は、少なくとも1つの放熱フィンまたはリブを備える、
請求項
8に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
【請求項10】
前記ハウジングはT字型構造であり、前記ハウジングは、一体に構成される、または、複数の構成要素によって形成される、
請求項1に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
【請求項11】
前記モータは、前記インペラのロータを懸垂するための磁気懸垂軸受を備えた磁気懸垂モータとして構成される、
請求項1に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
【請求項12】
前記センサは、前記ロータの回転速度を感知するための回転変位センサを備える、および/または、
前記センサは、前記ロータの懸垂位置を感知するための、軸方向位置および/または変位センサ、並びに/或いは、半径方向位置および/または変位センサを含む、および/または、
前記センサは、温度センサを含む、
請求項
11に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
【請求項13】
前記モータは、入力構成要素および出力構成要素を含むユーザインタフェースをさらに含み、前記入力構成要素は、前記モータの速度調整および/または前記モータの起動および停止を実施するための速度設定要素を含み、前記出力構成要素は、ディスプレイ、インジケータ、およびアラームの少なくとも1つを含む、および/または、
前記モータは、さらに信号変換器を含む、
請求項1に記載の体外血液ポンプのためのモータ。
【請求項14】
ポンプヘッドと請求項1に記載の体外血液ポンプのためのモータとを備え、前記ポンプヘッドは、ロータを有するインペラを備え、前記モータは、前記ロータを介して前記インペラを回転駆動する、体外血液ポンプ。
【請求項15】
制御ホストと請求項
14に記載の体外血液ポンプとを備え、前記制御ホストは、前記体外血液ポンプに電力とコマンド信号を送信するための電力エレクトロニクス回路を備え、前記制御ホストは、前記体外血液ポンプの前記モータに単に1つの接続リードで接続され、前記体外血液ポンプのモータに電力とコマンド信号を共に送信することができる、体外血液ポンプシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、一般に、医療器具の分野に関する。より詳細には、本開示は、体外血液ポンプ用モータ、そのモータを含む体外血液ポンプ、およびその体外血液ポンプと制御ホストとを含む体外血液ポンプシステムに関する。
【0002】
[背景技術]
心臓が血液を送り出す機能を失った場合(停止した心臓の手術、急性心原性ショックなど)、心臓に代わって血液ポンプが用いられ、人体の血液循環の維持が補助されることがある。血液ポンプは、その埋込性や臨床的用途により、埋め込み型血液ポンプと体外血液ポンプに分類されることがある。体内埋め込み型血液ポンプは、患者の体内に埋め込んで一時的または長期的に体内の血液循環を維持することができ、主に末期心不全患者の移植代替治療に使用される。体外血液ポンプは、体外で使用することにより、より少ない外傷で経過的な生命維持や治療を行うことができる。
【0003】
図1に示すように、体外血液ポンプシステム全体は、典型的には、ポンプヘッド1と、ポンプヘッド1を駆動するためのモータ2と、モータ2を制御するための制御ホスト3と、ポンプヘッド1と患者5との間の血液連絡を可能にするためのパイプ4と、を含む。モータ2と制御ホスト3とは、再利用可能な機器であり、ポンプヘッド1とパイプ4とは、血液と接触する使い捨ての物品である。
【0004】
ポンプヘッド1は、その内部にインペラを備え、液体を移動させるための回転などの機械的な動きによって血液の流れを促進し、心臓が血液の循環を維持するのを補助または代替するようにしたものである。
【0005】
モータ2は、その内部にアクチュエータが設けられている。アクチュエータは、電磁界を誘導することによって力を発生させることができるコイルであってもよいし、他の形態の力発生器であってもよく、モータ2が磁気カップリングまたは直接駆動によってポンプヘッド1内のインペラを回転駆動することができるようにすることができる。ポンプヘッド1内のインペラを回転駆動するために、モータ2の内部には、典型的には、接触型機械軸受、アクティブまたはパッシブ磁気懸垂軸受、または他の形式の懸垂軸受がさらに含まれる。
【0006】
制御ホスト3は、システムコントローラおよびユーザインタフェースを含んでもよい。システムコントローラは、体外血液ポンプシステム全体の中核として、モータの動作、ユーザインタフェースの表示、データ処理および電力管理を制御し、クリニックが必要とする様々な警報およびプロンプト機能を実行するために使用される。ユーザインタフェースは、入力構成要素6とディスプレイ7とを含むことができる。入力構成要素6は、ユーザがモータを制御したり、他の機能を実行するための入力操作を行うために用いられ、ディスプレイ7は、患者5の重要な血行動態パラメータ(血圧、流量など)やアラーム情報を表示するために用いてもよい。
【0007】
制御ホスト3は、外部のAC電源と接続される必要がある。場合によっては、無停電電源装置(例えば、充電式電池のようなDC電源)を制御ホスト3内に設けてもよい。ACまたはDC電源装置は、システムコントローラと接続し、システムコントローラを介して制御ホスト自体および/またはモータに電力を供給するようにしてもよい。
【0008】
使用時には、ポンプヘッド1とパイプ4をカニューレを介して患者の循環系に接続し、医療スタッフが制御ホスト3のユーザインタフェースを操作して補助モードと程度を設定し、制御ホスト3は設定された補助モードと程度に従って対応する制御信号をモータ2に送信し、モータ2を制御して対応する動作を行わせる。
【0009】
しかしながら、現在の体外血液ポンプ装置では、制御ホスト3が故障しやすく、制御ホスト3とモータ2との間で通信障害がしばしば発生し、体外血液ポンプ装置全体の正常動作が不能となり、患者の生命に危険が及ぶことが実際に判明している。このことから、現状では、コントロールホスト3とモータ2を一式交換することしか対策がない(使用中に故障が発生した場合、正確な故障原因の把握は一般的に困難であり、緊急性が高いため、コントロールホスト3とモータを一式交換することしか対策はない)。リスクコントロールの観点からは、このような対策は、コントロールホストとモータのバックアップを常時用意する必要があることを意味する。これは、体外血液ポンプの臨床的使用を制限するだけでなく(例えば、通常、救急車内に2組の制御ホストを配置する余地はない)、交換作業中に患者が死亡する危険性を高め、体外血液ポンプの使用コストを増加させるものである。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0010】
本開示の目的の1つは、上記の問題の1つ以上を解決し、他の追加の利点を実現することである。
【0011】
本開示の第1の態様では、体外血液ポンプ用モータが提供される。体外血液ポンプ用モータは、ハウジングと、ハウジング内に位置し、体外血液ポンプのポンプヘッド内のインペラを駆動するために用いられるアクチュエータと、ハウジング内に位置する少なくとも1つのセンサと、ハウジング内に位置し、モータの動作を制御するために用いられるモータ駆動制御アセンブリとを備えてもよい。
【0012】
本開示の一実施形態によれば、モータ駆動制御アセンブリは、センサ相互作用回路およびモータコントローラを備えてもよく、センサ相互作用回路は、センサから感知信号を受信し、感知信号をモータコントローラに送信し、モータコントローラは、受信した感知信号に基づいて、アクチュエータに対応する制御信号を送信する。
【0013】
本開示の一実施形態によれば、モータ駆動制御アセンブリは、モータコントローラからの制御信号を増幅し、次に増幅された制御信号をアクチュエータに送信する増幅器をさらに含んでもよい。
【0014】
本開示の実施形態によれば、モータは、ハウジングに一体化されたバックアップ電源をさらに含んでもよく、バックアップ電源は、外部電源の故障時にモータの正常動作を維持するためにモータ駆動制御アセンブリおよびアクチュエータに電力を供給する。
【0015】
本開示の一実施形態によれば、モータ駆動制御アセンブリは、回路基板に一体化されてもよい。
【0016】
本開示の一実施形態によれば、回路基板は、一体構造として構成されてもよい。
【0017】
本開示の実施形態によれば、回路基板は、円形、長方形、または不定形な形状でアクチュエータの周囲に配置されてもよい。
【0018】
本開示の一実施形態によれば、回路基板は、アクチュエータの周囲に垂直方向または水平方向に配置されてもよい。
【0019】
本開示の一実施形態によれば、回路基板は、アクチュエータの一方の側に平らに置かれてもよい。
【0020】
本開示の一実施形態によれば、回路基板は、少なくとも2つの剛体部と、少なくとも2つの剛体部を接続するための接続要素とを含んでもよい。
【0021】
本開示の実施形態によれば、剛体部の各々は、モータ駆動制御アセンブリの駆動制御機能の一部を実行するために使用されてもよい。
【0022】
本開示の実施形態によれば、接続要素は、少なくとも2つの剛体部の間で信号および/または電力を送信するためのフレキシブル回路基板として構成されてもよい。
【0023】
本開示の実施形態によれば、接続要素は、少なくとも2つの剛体部の間で信号および/または電力を送信するための接続プラグとして構成されてもよい。
【0024】
本開示の一実施形態によれば、接続要素は、モータ駆動制御アセンブリの駆動制御機能の一部を実行するためのフレキシブル回路基板として構成されてもよい。
【0025】
本開示の実施形態によれば、少なくとも2つの剛体部の各々は、剛体回路基板層と拡張されたフレキシブル回路基板層とを含んでもよく、剛体回路基板層はフレキシブル回路基板層の少なくとも一方の側に配置され、フレキシブル回路基板層は接続素子を介して互いに接続されている。
【0026】
本開示の実施形態によれば、回路基板は、剛体回路基板層と拡張されたフレキシブル回路基板層とを含んでもよく、剛体回路基板層は、フレキシブル回路基板層の少なくとも一方の側に配置され、回路基板がフレキシブル回路基板層によって曲げられるか折り畳まれるように、互いに分離された2つ以上の剛体部を含む。
【0027】
本開示の実施形態によれば、拡張されたフレキシブル回路基板層は、信号および/または電力を送信するために使用され、剛体回路基板層は、モータ駆動制御アセンブリの駆動制御機能の一部を実行するために使用されている。
【0028】
本開示の実施形態によれば、回路基板は、一般的なU字形状、または長方形、円形、半円形、または不定形な形状でアクチュエータの周囲に配置されてもよい。
【0029】
本開示の一実施形態によれば、回路基板は、アクチュエータの一方の側に平らに積層されてもよい。
【0030】
本開示の一実施形態によれば、モータ駆動制御アセンブリは、トランジスタおよび/または電力集積回路を備えてもよく、トランジスタおよび/または電力集積回路は、回路基板に搭載される。トランジスタおよび/または電力集積回路は、トランジスタおよび/または電力集積回路からの熱がハウジングを通して放散されるように、ハウジングと接触していてもよく、代替的に、回路基板は、トランジスタおよび/または電力集積回路からの熱が回路基板およびハウジングに形成された熱路を通して放散されるように、ハウジングと接触していてもよい。
【0031】
本開示の実施形態によれば、放熱強化構造は、ハウジングの外側に配置されてもよい。
【0032】
本開示の一実施形態によれば、放熱強化構造は、少なくとも1つの放熱フィンまたはリブを含んでもよい。
【0033】
本開示の一実施形態によれば、ハウジングは、T字型の構造であってもよい。
【0034】
本開示の一実施形態によれば、ハウジングは、一体に構成されてもよい。
【0035】
本開示の一実施形態によれば、ハウジングは、複数の構成要素で形成されてもよい。
【0036】
本開示の実施形態によれば、ハウジングは、第1ハウジングと第2ハウジングとを含み、第2ハウジングの外周は、第1ハウジングの外周より小さくてもよい。
【0037】
本開示の一実施形態によれば、モータ駆動制御アセンブリは、少なくとも部分的に第2ハウジングに配置されてもよい。
【0038】
本開示の実施形態によれば、ハウジングは、双方がT字型構造を有する第1ハウジングおよび第2ハウジングを含んでもよい。
【0039】
本開示の一実施形態によれば、センサは、変位センサを含んでもよい。
【0040】
本開示の一実施形態によれば、センサは、温度センサを含んでもよい。
【0041】
本開示の実施形態によれば、モータは、インペラのロータを懸垂するための磁気懸垂軸受を有する磁気懸垂モータとして構成されてもよい。
【0042】
本開示の一実施形態によれば、センサは、ロータの回転速度を感知するための回転変位センサを備えてもよい。
【0043】
本開示の一実施形態によれば、センサは、ロータの懸垂位置を感知するための軸方向位置および/または変位センサ、および/または半径方向位置および/または変位センサを含む。
【0044】
本開示の一実施形態によれば、軸方向位置および/または変位センサ、および/または半径方向位置および/または変位センサは、渦電流誘導型位置および/または変位センサである。
【0045】
本開示の一実施形態によれば、モータは、ユーザインタフェースを含んでもよい。ユーザインタフェースは、入力構成要素および出力構成要素を含んでもよい。
【0046】
本開示の一実施形態によれば、入力構成要素は、モータの速度調整および/またはモータの起動および停止を実施するための速度設定要素を含んでもよい。
【0047】
本開示の実施形態によれば、出力構成要素は、ディスプレイ、インジケータ、およびアラームのうちの少なくとも1つを含んでもよい。
【0048】
本開示の一実施形態によれば、モータは、信号変換器をさらに含んでもよい。
【0049】
本開示の第2の態様では、体外血液ポンプが提供される。体外血液ポンプは、ポンプヘッドと、本開示による体外血液ポンプ用モータと、を含んでもよい。ポンプヘッドは、ロータを有するインペラを含んでよく、モータは、ロータを介してインペラを回転するように駆動する。
【0050】
本開示の一実施形態によれば、ポンプヘッドおよびモータは、互いに分離可能に構成されてもよい。
【0051】
本開示の一実施形態によれば、ポンプヘッドは、2つのハーフシェルを含んでもよい。インペラは、2つのハーフシェルによって形成される内部空間に収容されてもよい。
【0052】
本開示の第3の態様では、体外血液ポンプシステムが提供される。体外血液ポンプシステムは、制御ホストと、本開示による体外血液ポンプとを含んでもよい。制御ホストは、電力およびコマンド信号を体外血液ポンプに送信するための電力エレクトロニクス回路を含んでもよい。
【0053】
本開示の一実施形態によれば、制御ホストは、体外血液ポンプのモータと単に1本の接続リードで接続されてもよい。接続リードは、体外血液ポンプのモータに、電力を送信するだけでなく、コマンド信号を送信することもできる。
【0054】
本開示の追加的および/または他の態様および利点は、以下の説明で述べられるか、または説明から明らかであるか、または本発明の実施を通じて知ることができるであろう。本開示の様々な技術的特徴は、互いに矛盾しない限り、任意に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【0055】
添付図面と組み合わせた本開示の特定の実施形態の以下の詳細な説明を参照すると、本開示の上述の特徴および利点ならびに他の特徴および利点ならびにそれらの実施手段がより明らかになるであろう。
【0056】
【
図1】
図1は、先行技術である体外血液ポンプシステムの概略図である。
【
図2】
図2は、本開示の一実施形態に係る体外血液ポンプシステムの概略図である。
【
図3】
図3は、本開示の他の実施形態に係る体外血液ポンプの概略図である。
【
図4】
図4は、本開示の一実施形態に係る体外血液ポンプの具体的な構造を示す。
【
図5】
図5は、
図4の体外血液ポンプのポンプヘッドの具体的な構造を示す。
【
図6】
図6aおよび
図6bは、本開示の実施形態に係る体外血液ポンプのモータの外観図を示す。
【
図7】
図7は、本開示の実施形態による体外血液ポンプのモータの内部構造を示す概略図であり、「包囲型」モータ駆動制御アセンブリが示されている。
【
図8】
図8は、
図7の「包囲型」モータ駆動制御アセンブリの配置を示す。
【
図9】
図9は、本開示の他の実施形態による「包囲型」モータ駆動制御アセンブリの配置を示す。
【
図10】
図10は、本開示の他の実施形態による「包囲型」モータ駆動制御アセンブリの配置を示す。
【
図11】
図11は、本開示の他の実施形態による「包囲型」モータ駆動制御アセンブリの配置を示す。
【
図12】
図12は、本開示の他の実施形態による「包囲型」モータ駆動制御アセンブリの配置を示す。
【
図13】
図13は、本開示の他の実施形態による「包囲型」モータ駆動制御アセンブリの配置を示す。
【
図14】
図14は、本開示の実施形態によるモータ駆動制御アセンブリの具体的な構造を示す。
【
図15】
図15は、本開示の別の実施形態による体外血液ポンプのモータの内部構造を示す概略図であり、「積層型」モータ駆動制御アセンブリが示されている。
【
図16】
図16は、本開示のさらなる実施形態による体外血液ポンプのモータの内部構造を示す概略図であり、「平置き型」のモータ駆動制御アセンブリが示されている。
【0057】
図面において、それぞれの参照符号は、それぞれの構成要素を示している。本明細書に記載された実施例は、本発明の例示的な態様を説明するために使用され、これらの実施例は、本開示の範囲をいかなる形でも限定するものとして解釈されるべきではない。
【発明を実施するための形態】
【0058】
本開示は、本開示のいくつかの実施形態が示されている図面を参照しながら、以下に説明される。しかしながら、本開示は、多くの異なる方法で実施され得、以下に説明される例示的な実施形態に限定されないことが理解されるべきである。実際、以下に説明する実施形態は、本開示をより完全に開示し、当業者に対して本開示の範囲を適切に説明するためのものである。また、本明細書に開示された実施形態は、様々な方法で組み合わせて、多くの追加の実施形態を提供することができることを理解されたい。
【0059】
説明の目的のために、用語「上」、「下」、「左」、「右」、「垂直」、「水平」、「頂部」、「底部」、「横」、「垂直」およびそれらの派生物は、全て本開示の図面における方向に関する。しかしながら、本開示は、特に明確に示されない限り、様々な代替的な変更を採用することができることを理解すべきである。例えば、図面における装置が裏返されるとき、以前に他の特徴の「下」にあるとして説明された特徴は、このとき他の特徴の「上」にあるとして説明されてもよい。また、装置は、他の向き(90度回転した、または他の向き)であってもよく、相対的な空間関係は、それに対応して変更されることになる。
【0060】
本明細書で使用される単数形「a/an」および「the」は、明確に示されない限り、全て複数形を含む。本明細書で使用される「comprising」、「containing」および「including」という語は、特許請求される特徴の存在を示すが、1つ以上の追加の特徴の存在を排除するものではない。本明細書で使用される「および/または」という文言は、記載された関連項目の1つ以上の任意のおよび全ての組み合わせを含む。
【0061】
本明細書において、ある要素が他の要素に「ある」、「取り付けられて」、「接続される」、「結合される」、「接触する」等と言及される場合、それは他の要素に直接ある、取り付けられている、接続される、結合される、接触することができ、また介在する要素が存在しても構わない。これに対して、ある要素が、他の要素に「直接的にある」、「直接的に取り付けられる」、「直接的に接続される」、「直接的に結合される」、または「直接的に接触する」と言及される場合、介在する要素は存在しない。本明細書において、別の特徴に「隣接して」配置されている特徴への言及は、隣接する特徴に重なる部分、隣接する特徴の上にある部分、または下にある部分を有してもよい。
【0062】
出願人はこの研究で、体外血液ポンプシステムが確実に作動するかどうかは、モータを制御するのに使用されるモータ駆動制御アセンブリが鍵を握っていることを発見した。
【0063】
具体的には、先行技術の体外血液ポンプシステムでは、モータの複雑な構造と体積制限のために、モータ駆動制御アセンブリは全て制御ホストに一体化されている。この配置により、制御ホストの制御情報およびACまたはDC電源が便利かつ効果的にモータ駆動制御アセンブリに送信され、その後、例えばパルス幅変調(PWM)信号および電力が接続線を通じてモータのアクチュエータに送信される。
【0064】
しかし、本出願人は、モータ駆動制御アセンブリが制御ホストに一体化されている場合、モータは制御ホストに強く依存することを見出した。制御ホストが故障したり、制御ホストとモータとの間に通信障害が発生すると、モータは運転を停止して体外血液ポンプシステム全体の正常な運転を不能にする。制御ホストは環境保護レベルが低く、過酷な使用条件に遭遇することが多いため、その故障率は体外血液ポンプでは非常に高く、容易にモータの異常動作につながる。
【0065】
次に、体外血液ポンプのモータには,血液への機械的ダメージを低減するために、アクティブまたはパッシブな磁気懸垂軸受が使用されるようになってきている。従来の接触型機械軸受を用いたモータに比べ、磁気懸垂軸受を用いたモータでは、より多くの自由度制御が行われる必要がある。そのため、より多くのセンサをモータに一体化する必要があり、制御ホストとモータ間の接続線を増やす必要がある。制御ホストとモータ間の接続線を増やすと、接続線の安定性が大幅に低下するため、制御ホストとモータ間の通信障害のリスクが大幅に高まる。
【0066】
このように、本開示による体外血液ポンプシステムが提供される。
図2は、本開示の一実施形態による体外血液ポンプシステムを示す概略図である。体外血液ポンプシステムは、体外血液ポンプ10と、制御ホスト11とを含んでもよい。体外血液ポンプ10は、ポンプヘッド12と、ポンプヘッド12を駆動するためのモータ13とを含んでもよい。制御ホスト11は、体外血液ポンプ10のモータ13を制御するために用いられる。
【0067】
モータ13は、モータ13に一体化されたアクチュエータ14、センサ15、およびモータ駆動制御アセンブリ16を含んでもよい。アクチュエータ14は、血液の流れを促進するようにポンプヘッド12のインペラを回転駆動し、その結果、血液の循環を維持するために心臓を補助または代替するために使用される。センサ15は、モータ13の制御に必要な情報を感知し、当該情報をモータ駆動制御アセンブリ16に送信するために用いられる。モータ駆動制御アセンブリ16は、モータ13の動作を制御するために用いられる。
【0068】
本開示による実施形態において、モータ駆動制御アセンブリ16は、センサ相互作用回路17と、モータコントローラ18と、任意選択の増幅器19とを含んでもよい。モータ駆動制御アセンブリ16は、モータ13を閉ループで制御することができる。閉ループ制御中、センサ15は、感知した情報(インペラの位置、速度および力に関する情報、モータ内の温度に関する情報等)を電気信号の形態でモータ駆動制御アセンブリ16のセンサ相互作用回路17に送信する。これらの電気信号は、フィルタリングされ、増幅された後、モータコントローラ18に送信される。対応するアルゴリズムソフトウェアを有するモータコントローラ18は、受信した電気信号と目標値とを比較し、対応する制御コマンドを生成する。制御コマンドは、電流、電圧などの形態の制御信号に変換され、制御信号は、増幅器19によって増幅された後、モータ13のアクチュエータ14に送信され、これにより、モータ13の閉ループ制御が実現され得る。
【0069】
制御ホスト11は、システムコントローラ20およびユーザインタフェース21を含んでもよい。また、制御ホスト11は、外部電源の故障時に体外血液ポンプシステムの正常動作を維持するために、制御ホスト11およびモータ13に電力を供給するためのバックアップ電源22を含んでもよい。バックアップ電源22は、二次電池などの無停電電源装置であってもよい。システムコントローラ20は、電力電子回路を含んでもよい。電力電子回路は、AC電力をDC電力に変換し(AC/DC変換モジュール)、および/またはパルス幅変調によってDC電力を適切な電圧に変換し(DC/DC変換モジュール)、変換後の電力を低帯域幅および高振幅信号の形態でモータ13のモータ駆動制御アセンブリ16に送信してもよい。本開示による実施形態では、制御ホスト11とモータ13は、単に1つの接続リードによって接続することができる。この接続リードは、電力だけでなく、制御ホスト11からのコマンド信号もモータ13に送信することができる。
【0070】
モータ駆動制御アセンブリ16をモータ13に一体化することにより、高帯域幅信号(駆動信号やセンサ信号など)をモータ13自体で処理し、低帯域幅信号(電力信号やユーザインタフェース信号など)だけを制御ホスト11で処理することができ、モータ13の制御ホスト11への依存度および接続リードの耐干渉性に対する要求が大きく低減される。さらに、モータ駆動制御アセンブリ16がモータ13に一体化されていることにより、電力および制御コマンドの送信を達成するために、制御ホスト11とモータ13との間で1つの接続リードしか必要とせず、制御ホスト11とモータ13との間の通信障害のリスクを大幅に低減でき、したがってモータ13の異常動作のリスクも低減することが可能である。さらに、制御ホスト11と比較して、モータ13は通常、環境保護レベルが高く、通常はより慎重に使用されるので、モータ駆動制御アセンブリ16をモータ13に一体化することにより、モータ駆動制御アセンブリ16を良好に保護することができ、モータ駆動制御アセンブリ16の誤動作のリスクを大きく低減することができる。
【0071】
図3は、本開示の他の実施形態による体外血液ポンプ50を示す概略図である。体外血液ポンプ50は、ポンプヘッド51と、ポンプヘッド51を駆動するためのモータ52とを含んでもよい。モータ52は、アクチュエータ53と、センサ54と、モータ52に一体化されたモータ駆動制御アセンブリ55とを含んでもよい。モータ駆動制御アセンブリ55は、センサ相互作用回路56と、モータコントローラ57と、オプションの増幅器58とを含んでもよい。モータ駆動制御アセンブリ55は、モータ52を閉ループで制御することが可能である。
【0072】
体外血液ポンプ10とは異なり、体外血液ポンプ50のモータ52は、モータ52に内蔵されたバックアップ電源59をさらに含む。バックアップ電源59は、充電式バッテリなどの無停電電源装置であってもよい。バックアップ電源59は、外部電源の故障時にモータ52の正常動作を維持するために、モータ駆動制御アセンブリ55およびアクチュエータ53に電力を供給することができる。
【0073】
体外血液ポンプ50のモータ52は、ユーザインタフェースを備えていてもよい。ユーザインタフェースは、入力構成要素と出力構成要素とを含んでもよい。入力構成要素は、ユーザが必要なパラメータを入力するための入力要素を含んでもよい。例えば、入力構成要素は、モータ52の速度調整および/またはモータ52の起動および停止のような操作を実施するための速度設定要素60を含んでもよい。速度設定要素60は、押しボタン、ノブ、プッシュボタン、ロッカー、またはデジタル設定要素の形態であってもよく、または他の任意の適切な形態であってもよい。出力構成要素は、必要な監視機能を満たすためにユーザに情報を送信することができる任意の出力要素を含んでもよい。例えば、出力構成要素は、例えば、モータの回転速度、温度および動作状態に関する情報をユーザに表示するためのディスプレイを含んでもよい。また、出力構成要素は、光信号や音声信号でユーザに促したり、警告したりするためのインジケータ(発光ダイオード(LED)など)またはアラーム(ブザーなど)を含んでもよい。
【0074】
体外血液ポンプ50のモータ52は、モータ52に一体化された信号変換器61を含んでもよい。ユーザがユーザインタフェースの入力構成要素を通じてモータに対する入力操作を行うと、信号変換器61はこの入力操作をモータコントローラ57が必要とする制御信号に変換してモータコントローラ57に送信し、モータコントローラ57が例えばモータ52の動作状態をユーザにフィードバックすると、信号変換器61はモータコントローラ57がフィードバックした動作状態を対応の指示信号に変換してユーザインタフェースの出力構成要素(ディスプレイ、インジケータ、アラームなど)に指示信号を送信してもよい。
【0075】
バックアップ電源59、ユーザインタフェース、および/または信号変換器61などをモータ52に一体化することにより、体外血液ポンプ50に、モータの通常動作に必要なより完全な機能および操作性を与えることができ、制御ホストの突然の故障時にも体外血液ポンプ50を少なくとも一定期間は独立して安全に動作させることが可能である。
【0076】
図4~
図8は、本開示の一実施形態に係る体外血液ポンプ100の具体的な構造を示す図である。体外血液ポンプ100は、ポンプヘッド101と、モータ102とを含んでもよい。ポンプヘッド101は、ロータを有するインペラ103と、2つのハーフシェル104、105(
図5に示す)とを含んでもよい。インペラ103は、ハーフシェル104、105によって形成される内部空間に収容される。ハーフシェル104、105の間であって、インペラ103が占有していない内部空間は、血液を流すことができるための血液流路を形成している。ポンプヘッド101は、入口106および出口107を備えていてもよい。血液は、入口106からポンプヘッド101に流入し、インペラ103の回転に駆動されて、血液流路を通って出口107から流出し、血液の循環を実現することができる。
【0077】
図4を参照すると、モータ102とポンプヘッド101は、モータ102が再利用のために異なるポンプヘッド101と協働できるように、互いに分離可能に構成されている。医療スタッフは、モータ102に新しいポンプヘッド101を組み立て、使用済みのポンプヘッド101を廃棄するように、現場でモータ102とポンプヘッド101を組み立てたり分解したりすることが可能である。
【0078】
モータ102は、ハウジングと、アクチュエータ112と、センサ116と、モータ駆動制御アセンブリ118とを含んでもよい。モータ102のアクチュエータ112およびセンサ116は、モータ102のハウジングに配置されてもよい。モータ102のモータ駆動制御アセンブリ118も、モータ102のハウジングに一体化されている。
【0079】
モータ102のハウジングは、より大きな上部とより小さな下部を有する概ねT字型の構造に構成することができる。このようなT字型構造は、ユーザにより良い手持ちスペースを提供することができ、またはユーザが皿を持つのと同じ手段でモータ102を握ることができるので、手の形や大きさが異なるユーザが様々な環境下で便利にモータ102を握ったりモータ102の方向を調節することができ、モータ102の使用利便性を大幅に向上させることができる。
【0080】
モータ102のハウジングは、一体的に構成されてもよいし、2つ以上の別部材から構成されるように構成されてもよい。例えば、
図4に示す実施形態では、モータ102のハウジングは、上部ハウジング108および下部ハウジング109を含むように構成され、下部ハウジング109の外周は、モータ102が実質的にT字型の構造を取るように、上部ハウジング108の外周より小さくてもよい。
図6aおよび
図6bを参照すると、本開示による実施形態において、上部ハウジング108は、実質的に円形の形状の断面を有してもよく、下部ハウジング109は、実質的に丸みを帯びた長方形の形状の断面を有してもよい。しかし、本開示はこれに限定されず、下部ハウジング109の断面は、正方形、楕円、五角形、六角形、八角形、円、不定形の多角形、不定形の形状等の様々な形状に構成されてもよい。
【0081】
また、本開示の他の実施形態において、モータ102のハウジングは、左ハウジングと右ハウジングとを備えてもよい。左ハウジングおよび右ハウジングはそれぞれ、上部がより大きく、下部がより小さい概ねT字型の構造を有していてもよい。さらに、モータ102のハウジングは、他の任意の適切な手段で構成されることもできる。
【0082】
モータ102の具体的な構造について、
図7を参照して説明する。本開示による実施形態において、モータ102は、磁気懸垂モータとして構成されてもよい。磁気懸垂モータのアクチュエータ112は、回転アクチュエータ110と、懸垂アクチュエータ111とを含んでもよい。回転アクチュエータ110は、ポンプヘッド101のインペラ103のロータ113を駆動して、インペラ103を回転させるために用いられる。懸垂アクチュエータ111は、インペラ103のロータ113を懸垂するための磁気懸垂軸受を含んでもよい。モータ102を磁気懸垂モータとして構成した場合、作業工程においてインペラ103が他の構成要素と物理的に接触したり擦れたりすることがないため、血液への機械的なダメージを回避することができる。もちろん、モータ102は、他のタイプのモータであってもよく、例えば、モータ102は、従来の接触型機械軸受を有するモータであってもよい。
【0083】
図7はまた、モータ102のハウジングに配置されたセンサ116を示す。本開示による実施形態において、センサ116は、変位センサを含んでもよく、例えば、センサ116は、さらなる回転速度フィードバック制御のためにロータ113の回転速度を感知するための回転変位センサを含んでもよい。モータ102が磁気懸垂モータとして構成される場合、センサ116は、ロータのさらなる懸垂位置制御のためにロータ113の懸垂位置を感知するための半径方向位置および/または変位センサ、並びに軸方向位置および/または変位センサを更に含んでもよい。ロータの懸垂位置制御のための半径方向位置および/または変位センサおよび/または軸方向位置および/または変位センサは、渦電流誘導型位置および/または変位センサであってよく、これは高感度でロータの懸垂位置を感知するために非常に適している。本開示による他の実施形態では、センサ116は、温度センサまたは他のパラメータを感知するためのセンサを含んでもよい。
【0084】
モータ102のモータ駆動制御アセンブリ118の具体的な構造および配置について、
図4、
図7および
図8を参照しながら説明する。モータ駆動制御アセンブリ118は、その占有スペースを最小化するために、「包囲型」の設計を採用してもよい。モータ駆動制御アセンブリ118は、回路基板に一体化されてもよい。回路基板は、2つ以上の剛体部と、剛体部を接続するための接続要素とを含むように構成されてもよい。剛体部の各々は、モータ駆動制御アセンブリ118の機能の一部を実行するために使用されてもよい。接続要素は、回路基板に様々な構成を与えるために、様々な適切な角度で剛体部を接続してもよい。信号の相互送信は、モータ駆動制御アセンブリ118と、モータ102のアクチュエータ112(回転アクチュエータ110および懸垂アクチュエータ111を含む)およびセンサ116との間で、(
図7に矢印付きの点線で示すように)有線または無線方式で行われてもよい。
【0085】
図4、
図7、
図8に示す実施形態では、モータ駆動制御アセンブリ118が一体化された回路基板は、3つの剛体部119、120、121を含む。モータ駆動制御アセンブリ118の構成要素は、異なる機能を実行する3つのグループに分けられ、3つの剛体部上にそれぞれ配置され、3つの剛体部が互いに協力してモータ駆動制御アセンブリ118の駆動制御機能全体を果たすようにしてもよい。例えば、モータ駆動制御アセンブリ118のセンサ相互作用回路は剛体部119に、モータコントローラは剛体部120に、増幅器は剛体部121に配置されてもよい。あるいは、モータ駆動制御アセンブリ118を機能種別に分け、剛体部119にモータ駆動制御アセンブリ118の包括制御構成要素、剛体部120にセンサ駆動構成要素、剛体部121に電力管理構成要素を配置してもよい。なお、モータ駆動制御アセンブリ118の構成要素は、トランジスタおよび/または電力集積回路などであってもよい。モータ駆動制御アセンブリ118の構成要素をグループ化し、回路基板の異なる剛体部にそれぞれのグループの構成要素を配置することにより、一部の敏感な構成要素を高出力構成要素から遠ざけ、構成要素間の相互干渉および発生ノイズを最小化することができる。
【0086】
図4、
図7、
図8に示す実施形態では、剛体部119、120、121を接続するための接続素子は、フレキシブル回路基板122である。この実施形態では、フレキシブル回路基板122は、モータ駆動制御アセンブリ118の駆動制御機能を行わず、剛体部119、120、121の間で信号および/または電力を送信する役割のみを果たす。フレキシブル回路基板122の存在のおかげで、モータ駆動制御アセンブリ118は、モータ駆動制御アセンブリ118をモータのハウジングの内部空間によりよく適合させることができるように、任意の適切な形状に曲げたり折り畳んだりすることが可能である。本実施形態では、剛体部119、120、121は、一般的なU字形状に構成され、アクチュエータ112(
図7に示す実施形態では回転アクチュエータ110)の周りに垂直に配置されている。もちろん、本開示はこれに限定されるものではなく、剛体部119、120、121は、アクチュエータ112の周囲に平らに寝かせるように配置されていてもよいし、その他の仕方で配置しても構わない。
【0087】
本開示による他の実施形態では、剛体部を接続するための接続要素は、接続プラグであってもよい。接続プラグは、モータのハウジングの内部空間に適合するように、モータ駆動制御アセンブリを適切な形状に構築するように、任意の2つの剛体部を適切な角度で接続できるように構成されてもよい。接続プラグは、剛体部間で信号および/または電力を送信するために使用されてもよい。接続プラグは、剛体であってもよい。
【0088】
本開示による他の実施形態では、剛体部を接続するための接続要素は、モータ駆動制御アセンブリ118の機能の一部を実行するためのフレキシブル回路基板であってもよい。
【0089】
本開示による実施形態では、モータ駆動制御アセンブリ118のトランジスタおよび/または電力集積回路などの構成要素は、トランジスタおよび/または電力集積回路などの構成要素からの熱がモータ102のハウジングを介して放散されるように、モータ102のハウジングと接触していてもよい。また、モータ駆動制御アセンブリ118は、回路基板がモータ102のハウジングと接触するように構成され(この例では、回路基板とモータ102のハウジングとの間に薄い熱伝導性シートなどの他の熱伝導性材料が存在してもよい)、トランジスタおよび/または電力集積回路などの構成要素からの熱が回路基板とモータ102のハウジングに形成された熱路を介して放散されるようにすることができる。回路基板が剛体部を含む場合、回路基板の剛体部をモータ102のハウジングに接触させ(この例では、剛体部とモータ102のハウジングとの間に薄い熱伝導性シートなどの他の熱伝導性材料があってもよい)、回路基板の剛体部およびモータ102のハウジングに形成された熱路を通じて、トランジスタおよび/または電力集積回路などの構成要素からの熱を放熱させることができるようにしてもよい。また、放熱を強化するために、モータ102のハウジングの外周側に放熱強化構造123(
図6に示す)を配置してもよい。放熱強化構造123は、少なくとも1つの放熱フィンまたはリブを含んでもよい。放熱強化構造123は、モータ102のハウジングと一体的に形成されてもよい。放熱強化構造123は、より迅速に熱を放散するように、モータ102のハウジングの、モータ駆動制御アセンブリ118のトランジスタおよび/または電力集積回路などの構成要素と接触している領域、または回路基板の剛体部と接触している領域の外側に配置されてもよい。
【0090】
図9~
図13は、本開示の他の実施形態による「包囲型」モータ駆動制御アセンブリの配置を示す図である。
図9に示す実施形態では、モータ駆動制御アセンブリが一体化された回路基板124は、モータ102のアクチュエータ112の対向する2つの側面に均等に配置された4つの剛体部を含んでいる。この4つの剛体部は、接続要素126を介して互いに接続されている。
図10に示す実施形態では、モータ駆動制御アセンブリが一体化された回路基板124は、2つの剛体部を含んでいる。各剛体部は実質的なL字形に構成されているので、2つの剛体部は接続要素126によって実質的な長方形に接続されることができる。
図11に示す実施形態では、モータ駆動制御アセンブリが一体化された回路基板124は、3つの剛体部を含んでいる。各剛体部は円弧状に構成されているので、3つの剛体部は接続要素126によって実質的に円形または半円形の形状に接続することができる。
図12および
図13に示す実施形態では、モータ駆動制御アセンブリが一体化された回路基板124は、一体構造を有している。
図12に示す実施形態では、一体構造を有する回路基板124は、実質的に長方形の形状に構成され、一方、
図13に示す実施形態では、一体構造を有する回路基板124は、円形の形状に構成される。
【0091】
図9~
図13に示す実施形態において、回路基板124または回路基板124の各剛体部は、モータ102のアクチュエータの周囲に垂直に配置されていてもよいし、モータ102のアクチュエータの周囲に水平に配置されていてもよいし、その他の配置であってもよい。また、回路基板124は、
図9~
図13に示したものとは異なる他の配置、例えば不定形な形状となるように構成されてもよい。さらに、接続素子126は、フレキシブルな回路基板として構成されてもよいし、接続プラグとして構成されてもよい。接続プラグは、剛体であってもよい。
【0092】
図14を参照すると、本開示による実施形態において、モータ駆動制御アセンブリが一体化された回路基板128は、信号および/または電力を送信するための拡張されたフレキシブル回路基板層130と、モータ駆動制御アセンブリの駆動制御機能を果たすための剛体回路基板層132とを含んでもよい。剛体回路基板層132は、フレキシブル回路基板層130の少なくとも一方の側に配置され(
図14に示す実施形態では、フレキシブル回路基板層130の両側に配置される)、互いに分離した2以上の剛体部を含んでもよい。このような多層構造設計は、回路基板128が非破壊手段によって直接分離できない完全な回路システムを形成することを可能にするだけでなく、回路基板12をより容易に曲げたり折ったりすることを可能にする。このような多層構造設計は、少なくとも次のような利点をもたらす。1)コンパクトな構造で信号間の干渉を回避し、信号送信をよりよく達成できる、2)接続要素(例えば、頻繁に使用すると緩みやすい接続プラグ)の使用を回避し、より高い信頼性を有する、3)空間配置の柔軟性を高め、それによって体積を大幅に削減できる。
【0093】
回路基板が2つ以上の剛体部を含む実施形態では、各剛体部は、信号および/または電力を送信するための拡張されたフレキシブル回路基板層と、モータ駆動制御アセンブリの駆動制御機能の一部を実行するための剛体回路基板層を含むようにも構成されてもよい。剛体回路基板層は、フレキシブル回路基板層の少なくとも一方の側に配置されてもよい(例えば、フレキシブル回路基板層の両面に配置されて、サンドイッチ構造を形成してもよい)。フレキシブル回路基板層は、剛体部の間の相互接続を実現するように、接続要素を介して一緒に接続されてもよい。このような多層構造設計は、信号間の干渉を回避しつつ、回路基板の柔軟性をさらに高めることができる。
【0094】
図15および
図16は、モータ駆動制御アセンブリの2つの他の配置を示す。
図15に示す実施形態では、モータ駆動制御アセンブリが一体化されている回路基板134は、複数の剛体部を含む。複数の剛体部は、モータのアクチュエータ112の下に平らに、積み重なるように横たわっている。
図16に示す実施形態では、モータ駆動制御アセンブリが一体化されている回路基板136は一体構造を有し、回路基板136はモータのアクチュエータ112の下に平らに横たわっている。
【0095】
以上、添付図面を参照して本開示の例示的な実施形態を説明したが、当業者は、本開示が開示された特定の構造に限定されないことを理解する必要がある。本発明の精神および範囲から実質的に逸脱することなく、例示的な実施形態に対して複数の変更および修正を行うことができる。従って、全ての変更および修正は、本発明の特許請求の範囲によって定義される保護範囲内に包含される。